Physical Vapor Deposition
IE726 – Processos de Filmes
Finos
Capítulo 6 - Técnicas de Deposição:
Pt2 - PVD
Ioshiaki Doi
FEEC/UNICAMP
Physical Vapor Deposition
• PVD (Physical Vapor Deposition)
Vaporizando material sólido
 Aquecimento ou sputtering
 Condensando vapor sobre a superfície
do substrato
 Processo: parte importante de
metalização.

Physical Vapor Deposition
PVD vs. CVD

PVD

CVD
começa com P (physical
vapor deposition)
começa com C (chemical
vapor deposition).
Physical Vapor Deposition
PVD vs. CVD: fontes
 PVD
 CVD
materiais sólidos
gases ou vapor
Physical Vapor Deposition
CVD vs. PVD
CVD
PVD
Physical Vapor Deposition
CVD vs. PVD


CVD: usa gases ou precursores em
estado vapor e o filme depositado a
partir de reações químicas sobre
superfície do substrato.
PVD: vaporiza o material sólido por
calor ou sputtering e recondensa o
vapor sobre a superfície do
substrato para formar o filme fino
sólido.
Physical Vapor Deposition
CVD vs. PVD
• Filmes CVD: melhor cobertura de degrau.
• Filmes PVD: melhor qualidade, baixa
concentração de impurezas e baixa
resistividade.
• Processos PVD : empregados
em processos de metalização
na manufatura de CIs.
• Filmes Finos Metálicos são utilizados para:
- Interconexão dos diversos dispositivos
- Alimentação dos dispositivos com tensões
Physical Vapor Deposition
 Métodos de PVD
 Evaporação
 sputtering
Physical Vapor Deposition
 Processo de Deposição PVD:
a) O material a ser depositado (fonte
sólida) é convertido a fase vapor
por processo físico.
b) O vapor é transportado da fonte
até o substrato através de uma
região de baixa pressão.
c) O vapor condensa sobre o
substrato para formar o filme fino.
Physical Vapor Deposition
 Conversão para Fase Gasosa
• A conversão para a fase gasosa
pode ser feita por:
a) Adição de Calor  EVAPORAÇÃO.
b) Pelo desalojamento dos átomos da
superfície do alvo através de
transferência de momentum por
bombardeio iônico – SPUTTERING.
Physical Vapor Deposition
 MÉTODOS DE PVD:
a) - Evaporação
Physical Vapor Deposition
b) - SPUTTERING
Physical Vapor Deposition
 PVD
Fase Gasosa
Fase Gasosa
Transporte
Evaporação
Fase Condensada
(sólido)
Condensação
Fase Condensada
(filme sólido)
Physical Vapor Deposition
 Física de Evaporador
Pressão de vapor:
Pe  3x10 
12
3/ 2
T
H
(
)
1/ 2 NkT
e
 P0e
Onde:
 é a tensão superficial do líquido;
N é o número de Avogadro;
H é a entalpia de evaporação (energia
necessária para conversão da fase líquidagás.
Ea
( )
kT
Physical Vapor Deposition
• Pressão de Vapor de Metais
Pressão de Vapor de Metais
comumente depositados por
Evaporação.
Para uma taxa prática:
 Pe > 10 mTorr
 Al
 T = 1200 K
W  T = 3230 K
Physical Vapor Deposition
 Taxa de Deposição

Admitindo:
– Líquido a temperatura constante;
– Cadinho com área de abertura
constante;
– Wafer localizado sobre a
superfície de uma esfera.
Physical Vapor Deposition
 Taxa de Deposição
Pe Área
m
Rd 
2
2
2k T 4r
Onde:
  é a densidade de massa (kg/m2);
 Área é a área do wafer;
 r é o raio da esfera.
Physical Vapor Deposition
 Fonte Virtual
Fluxo viscoso
• Ponto no espaço
livre onde P cai o
suficiente para
resultar em fluxo
molecular.
Posição
do wafer.
Geometria arbitrária
Superfície esférica ( = )
Physical Vapor Deposition
 Evaporação de Al:
a) Taxas são compatíveis (0.5 m/min.) ;
b) Átomos do metal impingem na lâmina com baixa
energia
(~ 0.1 eV)

sem danos;
c) Uso de alto vácuo  baixa incorporação de gases;
d) Aquecimento não intencional deve-se apenas a :
- calor de condensação;
- radiação da fonte.
Physical Vapor Deposition
• Limitações da Evaporação:
a) Difícil controle na evaporação de ligas;
b) Com sputtering é mais fácil melhorar cobertura
de degrau;
c) e-beam  gera raio X quando os eletrons
energéticos incidem sobre o metal alvo 
causan danos no dispositivo.
Physical Vapor Deposition
 Uniformidade do Filme:
Fonte pontual resultaria num filme
uniforme sobre uma esfera.
(, , r ) varia através
da superfície do
cadinho e do substrato.
Na prática :
- fonte não é pontual.
- acima da fonte forma-se uma região viscosa.
 uniformidade 
Physical Vapor Deposition
 Solução:
Sistema planetário girante.
Superf. Esférica:  = 
• Deposição: taxa uniforme e monitorada
com fonte pontual.
Physical Vapor Deposition
 Cobertura de Degrau
 Cobertura de degrau de filme
evaporado é pobre devido a natureza
direcional do material evaporado
(sombreamento). Maior limitação.
 Aquecimento (resultando na difusão
de superfície) e rotação do substrato
(minimiza o sombreamento) auxilia a
cobertura de degrau.
 OK para AR < 0.5; marginal para 0.5
< AR < 1.
 Pobre se AR > 1. Evaporação não
forma filme contínuo para AR > 1.
Physical Vapor Deposition
• Evaporação: Deposição de Ligas e Compostos
Physical Vapor Deposition
 Tipos de Evaporação:
Aquecimento resistivo (filamentos)
 Feixe de eletrons (e-beam)
 Aquecimento indutivo.

Physical Vapor Deposition
1) Aquecimento Resistivo :
• Material fonte em uma barquinha metálica
suspensa por um filamento de W.
Al funde
 molha o fio de W  evapora.
Physical Vapor Deposition
 Tipos de Cadinhos
Limitações:
- elevado grau de contaminação
(impurezas do filamento);
- não permite evaporaração de
metais refratários;
- carga pequena  espessura
limitada;
- não consegue controlar com
precisão a espessura do filme e
- difícil controle da composição de
ligas  difícil de formar filmes
compostos.
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2) Evaporação por feixe de elétrons (e-beam) :
 Sistema de Evaporação
por e-beam. Fonte: arco de
270°, mais comum.
Physical Vapor Deposition
 Características do e-beam
- é livre de contaminação - aquecimento;
- evapora qualquer material - função da
potência e-beam;
- produz raio X, maior problema  
danos de radiação  recozimento.
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3) Aquecimento Indutivo :
• Vantagens :
- taxa  e sem limite na espessura e
- não há raio X.
Desvantagens :
- há contato entre o Al fundido e o cadinho  contaminação;
- complexidade do sistema RF e do processo.
Physical Vapor Deposition
 Referências :
1. S. Wolf and R. N. Tauber; Silicon Processing for the
VLSI Era, Vol.1 – Process Technology, Lattice
Press, 1986.
2. J. D. Plummer, M. D. Deal and P. B. Griffin; Silicon
VLSI Technology – Fundamentals, Practice and
Modeling, Prentice Hall, 2000.
3. S. A. Campbell; The Science and Engineering of
Microelectronic Fabrication, Oxford University
Press, 1996.
4. S. M. Sze; VLSI Technology, McGraw-Hill, 1988.